Tutorium AMB II

Genetik

Taufliege – ein Modellorganismus

Drosophila melanogaster 4 Chromosomenpaare (Weibchen: 3

Autosomenpaare + XX, Männchen: 3 A. + XY)

Versuchstier von Thomas Hunt Morgan

Was ist eine Rückkreuzung?

Kontrollversuch bei Kreuzungsexperiment Individuum mit unbekannten Genotyp (F1-

Generation) wird gekreuzt mit rezessiv homozygotem Individuum

Überprüfen ob das Individuum der F1-G. homozygot oder heterozygot ist

Was bedeutet Rekombinationsfrequenz? Prozentsatz der Rekombinanten in der

Tochtergeneration RF= Rekombinanten/ Gesamtzahl 1% RF = 1cM

Parentaltypen? Rekombinanten? Parentaltyp: Phänotyp entspricht einem

elterlichen Phänotyp Rekombinanten: Neukombination elterlicher

Merkmale

Kreuzung: grau + normal X schwarz + stummel

grau + normal/ schwarz + stummel= Parentaltypgrau + stummel/ schwarz + normal = Rekombinanten

Verschiedene Chromosomale Systeme zur Geschlechtsbestimmung

DiploidHaploidBienen, Ameisen

ZWZZVögel, Schmetterlinge

XXX0Heuschrecken, Heuschrecken, Grillen, Schaben Grillen, Schaben

XXXYSäugetiere

WeibchenMännchen

Chromosomenzahl-Mutation

Aneuploidie Ursache:

Nondisjunction (Chromosomen trennen sich nicht)

Monosomie (z.B. X0 = Turner Syndrom)

Trisomie (z.B. Trisomie 21 = Down Syndrom)

Euploidie/ Polyploidie z.B. Störung in der

Zellteilung (Chromosomensatz verdoppelt – Zelle nicht getrennt z.B. durch Colchizin)

Bedeutend für Landwirtschaft (z.B. Fragaria vesca= Diploid, Fragaria x ananassa= Octaploid)

Chromosomenstruktur-Mutation I

Deletion= Verlust eines Chromosomenabschnittes

oder eines einzelnen Nukleotids (z.B. Cri-du-Chat-Syndrom: Deletion an Chromosom 5)

Duplikation= Verdopplung von DNA-Sequenzen

Chromosomenstruktur-Mutation II

Inversion= Veränderung in den Chromosomen durch

die Umkehr der Reihenfolge der Gene

Translokation= Austausch von Chromosomenabschnitten

zwischen zwei oder mehreren Chromosomen (z.B: CML – chronische myelogene Leukämie zwischen Chromosom 9 und 22 – Aktivierung Onkogen)

Warum kommt Trisomie 21 häufiger vor als Trisomie von anderen Chromosomen (z.B. Trisomie 1, 2, 3...)?

Andere Trisomien führen zu so starken Beeinträchtigungen, dass die Embryonen oft frühzeitig absterben. Das liegt daran, dass Chromosom 21 das kleinste menschliche Chromosom ist und deshalb weniger Funktionen hat.

Imprinting

Imprinting

Bestimmte Gene werden in jeder Generation „markiert“. Diese Prägung ist verschieden, je nachdem ob sich die Gene in einem weiblichen oder männlichen Organsimus befinden. → die selben Allele werden in der Nachkommenschaft unterschiedlich exprimiert je nachdem ob sie aus einer Ei oder Spermazelle in die Zygote gelangen.

In der Folgegeneration werden der mütterliche und väterliche Stempelabdruck in den Gameten bildenden Zellen gelöscht. Alle Chromosomen werden entsprechend dem Geschlecht des Individuums, in dem sie sich befinden, neu geprägt.

Imprinting - Mechanismus

Erfolgt wahrscheinlich durch Methylierung der Cytosin Nukleotide. (Aktivierung oder Inaktivierung des Gens dadurch möglich)

Extrachromosomale Gene

in Mitochondrien oder Plastiden bzw Plasmide

Maternale Vererbung --> keine Mendelgenetik

Defekte in Mitos -->mitochondriale Myopathie (ATP Unterversorgung)

Defekte in Chloroplasten --> Panaschierte Blätter

In Einem Nucleosom ist die DNA gewunden um?

Polymerase Moleküle? Ribosomen? Histone? Nucleolus? Satelliten DNA?

Überblick: DNA-Verpackung DNA-Verpackung in Chromosomen:

Einzelstrang Doppelhelix Nucleosom Faser Chromatin Chromosom

DNA → NucleosomeDNA-Verpackung in Eukaryonten:

Doppelstranghelix auf Histonen zu Nucleosomen verpackt DNA wickelt sich auf einer Länge von ca. 140 bp um je einen

Histonkern Linker-Länge ca. 60 bp

Struktur eines Nucleosoms Histonkern ist Protein-Oktamer

aus 2 x H2A/H2B und 2 x H3/H4 Molekülen

DNA windet sich ca. 2 ½ um den Kern

bildet damit ein Nucleosom

H1 sitzt wie eine Schnalle auf dem DNA-Gürtel

Saure DNA und basischer Histonkern treten in Wechselwirkungen (Kern besteht aus vielen basischen Proteinen: viel Lysin und Arginin)

Repetitive DNA

Tandemartig repetitive DNA ( = Satelliten-DNA) : 10 bp pro Wiederholungseinheit Vorkommen: regulär an Telomeren und

Centrosomen; irregulär: z.B. bei Chorea Huntington (Triplett-Repeat-Krankheit; CAG)

Eingestreut repetitive DNA : Kopien sind sehr ähnlich,aber nicht identisch 100 bis 10 000 bp pro Wiederholungseinheit Besteht zu einem Großteil aus Transposons

Alu-Elemente

Ein Typ von eingestreut repetitiver DNA, Kopien sind ähnlich aber nicht identisch

Alu-Elemente werden exprimiert!

Pseudogene

Beweis für Genduplikations-und Mutationsereignisse, denn: sie sind echten funktionellen Genen ähnlich, aber ihnen fehlen Bereiche,die für die Genexpression benötigt werden

Wodurch kann das Genom einer Zelle während der Lebensphase eines Organismus verändert werden? Genamplifikation (= selektive Replikation

bestimmter Gene) Selektiver Genverlust Umorganisation größerer Abschnitte der

DNA (= somatische Rekombination)

Beispiel für somatische Rekombination Spielt eine zentrale Rolle bei der

Produktion von Antikörpern in B-Lymphozyten

Durch Deletion bestimmter Abschnitte entstehen zufällige Kombinationen von V-,J-, D- und C- Segmenten der DNA

Auf diese Weise können unheimlich viele Typen von Antikörpern produziert werden

Genexpression allgemein

In allen Organismen wird die Genexpression durch DNA-bindende Proteine reguliert, die auch mit anderen Proteinen interagieren und oft durch externe Signale beeinflußt werden.

Kontrolle der Transkription I DNA Methylierung (Anhängen von

Methylgruppen an DNA Basen) --> Gene Aktivieren/ Inaktivieren

Histon Acetylierung (binden DNA nicht mehr so stark --> TF können binden)

Kontrolle der Transkription II

TF's binden an Kontrollelemente! Transkriptions-Initiations-Komplex:

nur ein TF erkennt und bindet an DNA (TATA-Box) die anderen binden an diesen TF bzw. an RNA Polymerase

Kontrollelemente

Steigern Promotoreffizienz indem sie zusätzliche TF binden

Proximale Kontrollelemente (nahe am Promotor)

Distale Kontrollelemente (z.B. Enhancer)

Enhancer: Kontrollelemente an die Aktivatoren binden

(positive Genregulation) Silencer:

Kontrollelemente an die Repressor binden (negative Genregulation)

Was ist bei allen TF's gleich?

DNA-BindedomäneHelix-Turn-HelixZinkfingerLeucin-Zipper

Protein-Bindedomäne

HTH-Motiv HLH-Motiv

Koordinierte Expressionskontrolle Prokaryoten: Operons --> polycistronische

mRNA Eukaryoten: Gene mit selben

Kontrollelementen werden durch die gleichen Chemischen Signale aktiviert .Beispiel: Aktivierung einer Gruppe

verschiedener Gene durch ein Steroidhormon (Steroid --> Aktivator --> Kontrollelemente mehere Gene)

Posttranskriptionelle Mechanismen zur Kontrolle der Genexpression

Bei RNA-Prozessierung: alternatives Spleißen (aus dem selben

Primärtranskript werden verschiedene RNA-Moleküle hergestellt)

Beim RNA-Abbau:mRNA bei Eukaryoten oft viel stabiler als bei

Prokaryoten (langsamer Abbau --> viele Male translatiert --> viel Genprodukt)